选择杀菌剂保护聚合物分散体的基础详解.PDF

选择杀菌剂保护聚合物分散体的基础 2015-09-28 PCI 中文版 作者：Cecilia M. McGough 和Wilson Nova-Ruiz，朗盛公司 美国宾夕法尼亚州匹兹堡 在聚合物分散体中，分散相是由粒径通常在1纳米和1微米之间的胶体聚合物颗粒组成。 胶体颗粒分散在连续相（例如水）中 1。工业聚合物分散体通常含有40%-60%的聚合物。与 工业聚合物分散体有关的典型性能通常是能自由流动、黏度和剪切速率，这些要根据所使用 的单体而定。研制的聚合物分散体要能满足最终应用的需求。随着水相挥发，分散体形成聚 合物薄膜。强度、弹性和溶剂稳定性取决于聚合物的化学组成和分子量（见表 1）。为提高 聚合物分散体的多样性，生成多种单体的共聚物来获得更多的性能。 由于可以通过各种类型的聚合工艺和选择不同的原材料得到不同性能，因此聚合物（包 括各种塑料）被广泛使用。这篇文章的重点是水性聚合物分散体。 生产聚合物分散体3，9-11 基于自由基聚合生产聚合物分散体是一种复杂的工艺。乳液聚合过程包括几个阶段，并 且至少需要四种主要原材料：水、单体、乳化剂和引发剂。其它原材料是链转移剂、缓冲剂、 酸碱和杀生物剂。链转移剂（如硫醇）用于调节摩尔质量和聚合物链的摩尔质量分布。加入 酸、碱和缓冲剂是为了控制生产过程和乳液本身的pH 值。生产后，在最终的分散体中加入 杀菌剂来控制微生物。 所有组分加在一起后，聚合过程包括疏水性单体在水中通过添加乳化剂的方法进行乳化， 接着通过用水溶性或油溶性的自由基引发剂发生引发反应。在聚合结束后，得到的牛奶状的 液体被称为“胶乳”、“合成胶乳”或“聚合物分散体”。 为了启动整个自由基聚合过程，需生成自由基。为了这个目的，需要使用引发剂。在乳 液聚合过程中使用的引发剂的典型例子是过硫酸盐、过氧化氢、有机过氧化物、偶氮化合物 以及过硫酸盐–重亚硫酸氢盐。通过加热或根据氧化还原机理来激活引发剂。 自由基一旦产生，就会与含有碳-碳不饱和键的单体反应来引发聚合反应。当自由基与 单体分子反应时会生成更大的自由基，它们依次又会与另一种单体分子反应，这样聚合物链 就会扩展。正在生长的聚合物链最终与另一个自由基、链转移剂，抑制剂等结合而终止（即 形成游离电子对）。 乳液聚合可通过间歇，半连续或连续生产过程来完成。最常见的生产工艺是半连续式的， 这是由于其在热的生成、性能和聚合物颗粒的形态方面控制更加的灵活，从而得到化学组成 和粒度分布更加可控的产品。这样能够获得相对较高质量的聚合物，例如均匀的化学组成和 粒度分布，这对聚合物的流变性和成膜性能都有帮助。 温度是生产聚合物分散体的关键因素。该工艺是在反应器中进行，在使用热引发剂的情 况下，可以达到的温度高达90 ℃。当使用氧化还原反应引发剂时，通常需要在40-50℃的温 度下进行。有关乳液聚合的进一步的细节可在Cherns3 和Yamak10 的文章中找到，这些文章 列在后面的参考文献中。 今天，乳液聚合是一个工业化过程，能生产数百万吨的产品。它得到不含或所含 VOC 可以忽略的高分子量的胶体聚合物。反应介质通常是水，这便于搅拌和传质，是一种本身相 对安全的过程。向含有低VOC 或不含VOC 的水性体系转换，该工艺更加环保。 微生物污染对聚合物分散体的影响12-13 聚合物分散体大部分是水性配方。聚合物分散体被用于各种用途（如胶粘剂和涂料）。 含水量高、富营养化的聚合物分散体组合物为微生物生长、繁殖提供了一个非常适合的环境。 生物和其代谢副产物可以导致聚合物分散体的降解。许多因素会影响微生物及其代谢副产物 的存在。 水 由于具有优良的热传导性能及较低的黏度，水被用作聚合物分散体的介质。水也是大多 数微生物生长的基本因素，生长时，大多数微生物需要的水活度在0.50 以上。纯净水有1.00 的水活度。在自然环境中未发现纯水，这是由于非极性水分子具有溶剂性能。在大多数工业 厂房中，水是微生物污染的主要来源。 黏度 聚合物分散体可以因为微生物生长而变稀或变稠（表面活性剂的降解、酸性副产物等）， 这是由于酸性副产物浓度增加的结果。当形成较稀的上层和较厚的底层时会发生相分离。因 为黏度是成品用途的关键性能，在成品中不能使用被污染的聚合物分散体。 pH 变化 正如前面所提到，代谢副产物往往是酸性的。pH 值的降低可能会导致聚合物分散体的 不稳定。另外，酸性条件也会促进工